Caracterização das matérias-primas

Os ensaios preliminares de caracterização foram realizados nas duas matérias- primas coletadas para o desenvolvimento deste trabalho, de acordo com o esquema da Figura 4.2. Inicialmente as amostras de argila, pertencentes a uma indústria cerâmica, e as baritas, proveniente de sete ocorrências em fazendas, foram coletadas e preparadas seguindo métodos específicos de preparação para cada técnica de caracterização a serem submetidas. Antes das análises, todas as amostras passaram pelo processo de amostragem por quarteamento a fim de se obter uma amostra representativa. Em seguida, foram secas em estufa e acondicionadas para os futuros ensaios de caracterização.

B5 a B7

Argila

Legenda: DRX = Difração de Raio X/ AP = Análise Plasticidade/ AT = Análise Térmica/ AG = Análise Gravimétrica/ FRX = Fluorescência de Raio X.

Figura 4.2: Esquema do procedimento experimental Parte I do trabalho.

A seguir são descritas as técnicas de caracterização utilizadas neste trabalho com ênfase na importância e no objetivo de cada análise, nos equipamentos utilizados, na preparação da amostra e no tipo de resultado gerado.

4.1.2.1 Análise granulométrica

A análise granulométrica (AG) foi realizada no Laboratório de Materiais Cerâmicos e Metais Especiais da UFRN, com o objetivo principal de quantificar as matérias-primas e classificá-las de acordo com a faixa granulométrica em: argila, silte e areia, segundo norma, NBR 6502 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

Matérias-primas Argila Barita Indústria Cerâmica em São Gonçalo B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 Preparação

Britagem Peneiramento Moagem

Caracterização Escolha da melhor Barita FRX DRX AG AT DRX AT FRX AP AG Petrografia

TÉCNICAS, 1995). Em se tratando de materiais argilosos e considerando que a granulometria influencia no processamento e nas propriedades finais do material, esta técnica é de fundamental importância para uma completa e precisa caracterização da matéria-prima argila.

As amostras a serem analisadas foram preparadas partindo-se de 2 g da matéria- prima e adição de 2 ml de detergente neutro, diluídos em 10 ml de água destilada. Nesta análise, foi utilizado um granulômetro a Laser (920L, Cilas) acoplado a um sistema de ultra-som com função de dispersar as partículas argilosas.

O resultado da análise foi fornecido pelo software The Particle Expert. O equipamento fornece os diâmetros correspondentes das partículas do fluxo retido nas frações de interesse (por exemplo, 10 %, 50 % e 90 %), como também o diâmetro médio (DM) e as curvas de distribuição granulométrica das partículas.

4.1.2.2 Avaliação da plasticidade

No processamento de materiais cerâmicos, a plasticidade é uma propriedade fundamental já que ela define os parâmetros técnicos necessários para converter, mediante aplicação de pressão, uma massa de partículas em um componente com uma dada geometria (DUTRA, 2007).

De maneira geral, dentre os principais métodos para determinação da plasticidade, destacam-se o índice de plasticidade de Atterberg, o índice de plasticidade de Pfefferkorn, e as curvas tensão/deformação. (FLORES, 2006).

De acordo com Barba (1997), o método de Atterberg, devido a sua simplicidade e sua sensibilidade, é o método mais adequado para caracterização de materiais argilosos. Por isso, foi o método escolhido para determinação da avaliação da plasticidade da matéria-prima argilosa deste trabalho, além de ser um método direto e muito utilizado para o tipo de material em estudo.

O limite de Atterberg foi determinado a partir do limite de liquidez NBR 6459 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1984) e do limite de plasticidade NBR 7180 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1984) os quais compõem o índice de plasticidade (IP) da amostra.

A preparação da amostra para este ensaio, os equipamentos utilizados e as condições de ensaio foram seguidos de acordo com as Normas Técnicas citadas

anteriormente. Com o resultado do índice de plasticidade é possível saber se a matéria- prima possui mais ou menos quantidade de materiais argilosos, como também fazer uma relação com outras propriedades da matéria-prima como, por exemplo, a granulometria.

4.1.2.3 Análise química por fluorescência de raios X

A determinação da composição química dos materiais argilosos é de grande importância para a caracterização desse tipo de material. Essa análise raramente serve para caracterizar o material se não vier acompanhado de alguns dados físicos ou sem conhecer as espécies mineralógicas que contém as matérias-primas. No entanto, com os resultados da análise química e da difração de raios X é possível indicar e quantificar os minerais argilosos e os minerais acessórios presentes em uma argila.

Por ser uma técnica instrumental muito reprodutível, rápida e precisa, a fluorescência de raios X (FRX) é o método mais usual para determinação da composição química dos materiais (BARBA, 1997).

Neste trabalho, as amostras em estudo antes de serem analisadas foram classificadas por peneiramento na granulometria inferior a 0,074 mm, correspondendo à peneira nº200 da ABNT, e secas em estufa (110 ºC) por 24 h.

Nesta análise, foi utilizado um espectrômetro por fluorescência de raios X (EDX-700, Shimadzu) em uma atmosfera a vácuo, empregando o método semi- quantitativo para determinação dos elementos presentes nas amostras. O resultado em forma de óxidos limita-se na identificação dos elementos químicos da Tabela Periódica.

4.1.2.4 Análise mineralógica por difração de raio X

A composição mineralógica e especialmente da fração argila é de grande importância no entendimento das propriedades tecnológicas de produtos cerâmicos de base argilosa, bem como na otimização dos ciclos de queima para produção de materiais de qualidade e com processamento adequado (DUTRA, 2007).

A difração de raios X (DRX) é o método mais abrangente para determinar a mineralogia das matérias-primas devido não só à possibilidade da identificação das espécies minerais presentes, mas também por permitir estudar as características

cristalográficas desses minerais (BARBA, 1997), e com o uso de software específico quantificar cada espécie mineral. Além disso, é possível analisar a microestrutura dos materiais por meio de informações sobre orientação e tamanho dos cristais, parâmetros de rede, tensões internas, identificação de fases, entre outras possibilidades (BOWEN, 1975).

As amostras a serem estudadas por DRX foram classificadas por peneiramento na granulometria inferior a 0,074 mm, secas e analisadas em um difratômetro de raios X (XRD-6000, Shimadzu) localizado no Laboratório de Metrologia do Centro de Tecnologia do Gás, utilizando-se as seguintes condições: radiação de Cu-Kα (λ = 1,54056 Å, tensão de 40 kV, corrente de 30 mA, ângulo de varredura (2θ) de 2 º a 60 º. Os resultados gerados, representados pelas fases mineralógicas das amostras, foram analisados por comparação entre os picos gerados com as cartas padrões do software JCPDF cadastradas no ICDD (Internacional Centre for Difraction Data).

4.1.2.5 Análise Térmica

A análise térmica é muito utilizada na complementação dos ensaios de caracterização. As principais técnicas termoanalíticas utilizadas em materiais são: Análise Termogravimétrica (ATG) e Análise Térmica Diferencial (ATD).

A ATD revela mudanças de energia que ocorrem em material durante o seu aquecimento ou arrefecimento, resultantes de quatro causas principais: transições de fase, decomposições no estado sólido, reações com um gás ativo como o oxigênio e transições de 2º ordem (mudança de entropia sem mudança de entalpia).

Na ATG, a curva termogravimétrica revela as modificações de peso que ocorrem durante o aquecimento de um material e que podem ter duas causas: decomposição ou oxidação. A ATG fornece informações mais restritas que a ATD, no entanto, para análises quantitativas de certas substâncias as informações obtidas podem ser mais precisas.

As curvas ATD das amostras foram obtidas por meio de um analisador Termodiferencial (ATD-50H, Shimadzu), localizado no Laboratório de Metrologia do Centro de Tecnologia do Gás, utilizando-se as seguintes condições: amostras com granulometria inferior a 200 Mesh (ABNT nº200, 0,074 mm) totalizando-se,

aproximadamente, 15 mg, sob fluxo de ar sintético de 50 ml/min, taxa de aquecimento de 10 ºC/min e temperatura final de 1000 ºC.

As curvas termogravimétricas foram obtidas utilizado um analisador termogravimétrico (ATG-50, Shimadzu), localizado no Laboratório de Metrologia do Centro de Tecnologia do Gás, em atmosfera a ar e taxa de aquecimento de 10 ºC/min. As amostras forma preparadas na granulometria inferior a 200 mesh (ABNT nº200, 0,074 mm).

4.1.2.6 Petrografia

Seções delgadas (espessura de 30 µm) foram preparadas a partir de amostras de mão do mineral barita, no Departamento de Geologia da UFRN, objetivando a análise e descrição das propriedades óticas dos minerais constituintes ao microscópio Olympus BX-51 de luz transmitida.

A seção delgada de barita foi confeccionada conforme descrito a seguir. O material a ser estudado foi primeiro cortado, gerando uma superfície lisa e plana, em seguida a superfície passa, então, por um processo de montagem em lâmina de vidro para microscópio (Figura 4.3). Por último, o material é colocado em um suporte que fixa a lâmina em paralelo ao corte da serra. O material sobre a lâmina foi cortado a 0,06 mm. A lâmina é então colocada sobre um suporte e, de maneira suave, granulado pelas bordas até atingir 0,03 mm de espessura (Figura 4.4), por fim, uma cobertura de vidro é fixada com bálsamo transparente na parte superior da lâmina (KERR, 1961).

Figura 4.3: Petrografia mineral. (a) Uma rocha selecionada para uma seção fina e cortada para obter uma peça. (b) Uma peça cortada de dimensões adequadas para uma

seção delgada. (c) Material montado sobre uma fatia de vidro. Fonte: Adaptada de Kerr (1961, p.4)

Figura 4.4: Seção transversal da montagem em uma fatia de rocha (escala vertical exagerada).

Fonte: Adaptada de Kerr (1961. p.5)

4.2 FORMULAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS - PARTE II